發(fā)布時間：2020-05-30 22:01

【摘要】：最近,低維納米ZnO半導體材料以其獨特的特性及未來在光電子器件、壓電子器件、納米傳感器件的應用潛力,受到了全球相關領域研究人員的矚目,低維納米ZnO半導體材料的制備及特性研究已逐漸成為納米材料科學和凝聚態(tài)物理學領域的熱點和前沿問題。 開展ZnO半導體材料在電子學、光學、壓電、傳感器件等的實驗及應用研究,進行納米ZnO半導體材料特別是取向納米ZnO半導體陣列的最佳制備工藝和方法的研究,就是納米材料科學和凝聚態(tài)物理學領域的最緊迫和最必要的研究問題。 為了找到取向ZnO納米線陣列的最佳制備工藝,研究工藝制備參數(shù)對取向ZnO納米線陣列的影響因素,本論文重點開展了以下研究工作: 1、以氨水溶液為反應液,以金屬Zn片為Zn源,開展了用水熱合成工藝制備取向ZnO半導體納米線陣列的研究。為了研究氨水溶液濃度對ZnO納米線陣列生長形貌的影響,首先將反應溫度控制在95℃,反應時間定為12小時,在氨水濃度體積比分別為為4%、7%、10%和15%的條件下,對比制備出的ZnO納米線陣列樣品的TEM、XRD及PL譜,對結果進行比較分析。 2、開展了反應時間對取向ZnO納米線陣列形貌的影響研究。將反應溫度控制在95℃,氨水濃度定為10%,把四個裝有相同反應物的反應釜放入容器中加熱,研究12、24、36、48小時實驗時間下,制備樣品的微結構,對樣品進行SEM表征分析,對結果進行比較。 3、研究了氨水溶液水熱合成工藝中的反應溫度對取向ZnO納米線陣列的影響。試驗中,將氨水濃度控制在10%,反應時間為12小時,反應溫度分別控制為95℃、125℃、145℃。反復多次實驗,對不同樣品進行SEM表征。對結果進行比較分析。 4、對不同氨水濃度條件下制備的取向ZnO納米線陣列樣品進行光致發(fā)光(PL)特性研究,并與采用化學氣相沉積法制備的ZnO納米線陣列的PL譜圖進行了比較。結果發(fā)現(xiàn),因反應環(huán)境密閉,所選的反應物基本為純凈物,采用水熱合成方法在金屬Zn片制備的取向ZnO納米線陣列,雜質引入的可能性大幅度降低,制得取向ZnO納米線陣列樣品的單根納米線中雜質能級很少,其PL譜表現(xiàn)出了極佳的單峰特性,PL譜只有因電子-空穴對形成的激子復合發(fā)光產生的單一紫發(fā)光峰,沒有出現(xiàn)CVD法制備ZnO納米線陣列樣品中因雜質及缺陷導致的綠光峰。論文還對取向ZnO納米線陣列樣品的光致發(fā)光機理及水熱合成與CVD法制備ZnO納米線陣列樣品的PL譜特性進行了分析。 論文研究也表明,水熱合成法制備的ZnO納米線陣列樣品,隨氨水濃度的增大,制得的納米線樣品的直徑就隨之變小,其PL譜輻射出的紫外線波長就逐漸藍移,實驗中這個現(xiàn)象非常明顯,這一結果也正好印證了納米材料的小尺寸效應。
【圖文】：

ZnO 屬于Ⅱ-Ⅵ族，是直帶隙半導體材料，通常狀態(tài)下，ZnO 的結晶體為六方鋅礦結構。晶體結構分析表明，六方密堆積排列方式的鋅原子[1]，，ZnO 晶格中的 原子與近鄰的 4 個 O 原子共同構成一個完整的四面體結構。ZnO 晶格中的 Zn 面在（0001）晶向以 ABABAB… … 方式密堆排列，形成了兩個完全不同的（0001000-1）晶面，分別代表 Zn 極性面和 O 極性面（如圖 1.1）。Zn 極性面表現(xiàn)為帶性，O 極性面表現(xiàn)為負正電特性，正因為 ZnO 半導體極性面的存在，使得 ZnO 半表現(xiàn)出了非常奇特的壓電、光電特性。室溫下，ZnO 的禁帶寬度為 3.37eV，電子-空穴糾纏形成的激子束縛能為 60me個值比其室溫熱離化能（26meV）大，所以，室溫條件下，ZnO 的束縛激子得以這些特性使 ZnO 半導體非常適用于作藍光半導體器件材料。同時，與 Si、GaAN 等傳統(tǒng)半導體材料相比，因 ZnO 半導體材料具有的壓電效應[3]，熱穩(wěn)定性和化特性，使其在納米發(fā)電機[3]、半導體激光器、氣敏器件[5]、場發(fā)射器件、光波導器線性光學器件、光電子器件[5]、紫外光探測器[3]、生物傳感器以及平板顯示器件水平納米光電子器件等領域都有廣闊的應用及發(fā)展前景[4-7]。

(a)氨水濃度4%，制備的一維氧化鋅納米線陣列的SEM圖
【學位授予單位】：遼寧師范大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2011
【分類號】：TB383.1

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本文編號：2688789